二维正方晶格钢/水声子晶体的声学特性测试

【作者】 魏瑞菊； 张晓平； 吴斌；

【机构】 山东建筑大学理学院； 北京工业大学机械工程与应用电子技术；

【摘要】 近二十年来,声子晶体的研究引起了世界各国学者的广泛关注,成为力学、物理学、材料学和器件制备领域的研究热点。声子晶体是一种具有周期性结构并具有声/弹性波带隙的人工新型声学功能材料。由于结构的周期性,波在其中传播时,受周期性约束形成带隙,即存在一定的频率范围,使得落在该频段内的波被禁止传播。由于其奇特的带隙、局域、负折射等特征使得声子晶体在振动隔离、噪音控制、声学波导器件及声学透镜等方面局域广阔的潜在应用。本文以正方晶格钢/水声子晶体为研究对象,利用平面波展开法和有限元法计算相应的能带结构和传输谱,基于超声浸水透射技术搭建声学测试系统,对钢/水声子晶体的声学特性(包括带隙、缺陷态的局域化、聋带)进行实验测试,并与理论计算结果作比较。主要研究结果如下:1)对完美周期声子晶体,在低频段,沿着布里渊区的两个高对称方向都存在方向带隙;实验测试的透射谱和两种方法的计算结果基本吻合;2)从声子晶体中移去一排构造线缺陷,实验测试和理论计算表明,线缺陷能局域声波的传播,形成波导结构;3)通过实验测试和有限元仿真压力场证明,对正方晶格钢/水声子晶体,沿着对角线方向,在高频段存在聋带,从而解释了实验测试的声波衰减频段与平面波法计算的能带结构不符的矛盾。这项研究为声子晶体在隔离噪音和声波器件制备方面的应用提供一种参考。更多还原